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基于Transformer和卷积神经网络的齿轮故障诊断方法

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机电工程 2024年第3期41卷 409-417页

作者：闫绘宇张超内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014017 内蒙古自治区机电系统智能诊断与控制重点实验室内蒙古包头014010

针对部分齿轮的运行环境复杂,导致采集的样本数据不够的问题,提出了一种基于Transformer和卷积神经网络(CNN)的迁移学习齿轮故障诊断方法。首先,采用高斯滤波对原始振动信号进行了预处理,使信号变得平滑,降低了噪声信号的干扰;再将信号... 详细信息

针对部分齿轮的运行环境复杂,导致采集的样本数据不够的问题,提出了一种基于Transformer和卷积神经网络(CNN)的迁移学习齿轮故障诊断方法。首先,采用高斯滤波对原始振动信号进行了预处理,使信号变得平滑,降低了噪声信号的干扰;再将信号处理成带有位置信息的补丁序列以作为Transformer的输入,并增强了Transformer特征提取的能力,提高了诊断精度;然后,将信号输入到CNN继续提取特征信息,在模型中添加了一个残差块以防止网络退化;接着,划分了实验室采集的齿轮数据集和东南大学齿轮箱数据集的源域和目标域,采用了源域数据预训练模型,选择了每种类型的齿轮各100个样本为目标域;最后,以不同数据集为源域共进行了4组10次重复实验,测试了模型的准确率。研究结果表明:以不同数据集为源域的4组10次迁移实验的齿轮故障诊断准确率较高,均在90%以上,最高准确率可达100%;与其他不含Transformer的卷积神经网络、多尺度卷积神经网络和二维卷积神经网络相比,Transformer-CNN的齿轮故障诊断平均准确率更高,其平均准确率可达到99.64%。因此,基于Transformer-CNN的迁移学习方法能在小样本下诊断齿轮的故障。

关键词：齿轮箱信号平滑处理迁移学习 Transformer 卷积神经网络特征提取能力

小波包和1D CNN结合的刀具磨损状态识别

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机械设计与制造 2024年第9期403卷 228-232,237页

作者：杨斌樊志刚王建国刘文婧内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区机电系统智能诊断与控制重点实验室内蒙古包头014010

为监测机床切削加工过程中刀具的非线性磨损变化,提出了一种基于小波包分解和一维卷积神经网络(1D CNN)的刀具磨损状态识别方法。采集机床主轴振动数据作为监测信号,采用经信噪比定量分析后的小波包进行预处理,然后选取小波包分解后各... 详细信息

为监测机床切削加工过程中刀具的非线性磨损变化,提出了一种基于小波包分解和一维卷积神经网络(1D CNN)的刀具磨损状态识别方法。采集机床主轴振动数据作为监测信号,采用经信噪比定量分析后的小波包进行预处理,然后选取小波包分解后各频带的能量特征作为1D CNN的输入,实现了对刀具磨损状态的有效识别。实验表明,该模型能够实现刀具磨损状态的准确预测,相比于BP网络、能量频谱图-Alexnet和Lstm网络模型,刀具磨损状态识别率最优,平均准确率达到98.262%。

关键词：刀具磨损振动信号小波包分解卷积神经网络

改进MCKD-MEEMD在滚动轴承故障诊断中的应用

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机械设计与制造 2024年第7期 193-199页

作者：张超秦敏敏张少飞内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区机电系统智能诊断与控制重点实验室内蒙古包头014010

为了解决实际工况中故障信号被噪声掩盖,故障特征频率难以提取的问题,提出改进最大峭度解卷积(MCKD)和改进的集总平均经验模态分解(MEEMD)结合的滚动轴承故障诊断方法。首先,提出使用合成峭度作为指标来选取MCKD的最优参数:位移数M和最... 详细信息

为了解决实际工况中故障信号被噪声掩盖,故障特征频率难以提取的问题,提出改进最大峭度解卷积(MCKD)和改进的集总平均经验模态分解(MEEMD)结合的滚动轴承故障诊断方法。首先,提出使用合成峭度作为指标来选取MCKD的最优参数:位移数M和最大滤波器长度L;然后将最优参数代入MCKD算法中,得到最佳降噪信号;最后对降噪信号使用MEEMD分解,得到若干本征模态分量(IMF),选取合适的分量做信号重构,再对重构信号做频谱分析,在频谱中可以寻找出故障频率以及其他的信息。通过仿真分析了MEEMD方法的优越性及不足之处,并使用改进MCKD方法对不足处进行了改进,将改进MCKD-MEEMD方法与MEEMD方法以及传统MCKD-MEEMD方法进行了实验对比分析,证明了改进MCKD-MEEMD方法的故障诊断效果更好。

关键词：最大相关峭度解卷积合成峭度经验模态分解故障诊断

傅里叶分解和调制信号双谱的滚动轴承故障诊断

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机械设计与制造 2024年第3期 43-47页

作者：张超张辉田帅内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区机电系统智能诊断与控制重点实验室内蒙古包头014010

在噪声干扰较强的环境下,为了克服傅里叶分解方法(Fourier Decomposition Method,FDM)在分析调制信号及单独使用调制信号双谱(Modulated Signal Bispectrum,MSB)在分析非平稳信号方面的不足,提出了一种FDM和MSB相结合的滚动轴承故障诊... 详细信息

在噪声干扰较强的环境下,为了克服傅里叶分解方法(Fourier Decomposition Method,FDM)在分析调制信号及单独使用调制信号双谱(Modulated Signal Bispectrum,MSB)在分析非平稳信号方面的不足,提出了一种FDM和MSB相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先,使用FDM按照高频到低频的方式搜寻傅里叶固有模态函数分量(Fourier Intrinsic band Functions,FIBFs);以加权峭度指标作为评判标准,对信号进行重构,确保得到最佳的信号;然后对新的信号利用MSB分析方法进行解调处理,最终通过复合切片谱实现故障特征频率的提取。最后,通过上述方法对模拟信号和滚动轴承外圈故障信号进行分析,其研究结果表明:该方法能够有效地提取故障特征频率,并且与常规双谱进行对比,验证所提方法的优越性。

关键词：傅里叶分解方法加权峭度指标调制信号双谱故障诊断滚动轴承

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超声应力检测技术综述

声学技术 2024年第2期43卷 151-162页

作者：尚飞孙博张宏辉刘文婧内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010 内蒙古自治区机电系统智能诊断与控制重点实验室内蒙古包头014010 北京科技大学国家板带生产先进装备工程技术研究中心北京100083

应力检测是保证机械装置稳定可靠运行的必要手段,而考虑到机械装置结构的复杂性与工作环境的多样性,其对检测方法的要求较高。超声应力检测以其高精度、无害性、强适应性等优点在连续介质与非连续介质内外应力检测中得到了广泛的关注与... 详细信息

应力检测是保证机械装置稳定可靠运行的必要手段,而考虑到机械装置结构的复杂性与工作环境的多样性,其对检测方法的要求较高。超声应力检测以其高精度、无害性、强适应性等优点在连续介质与非连续介质内外应力检测中得到了广泛的关注与应用。文章针对超声应力检测中最主要的三种方法:声弹性效应法、声反射系数法以及非线性超声检测法,结合国内外学者的研究成果,从其工作原理、发展过程与实际应用等方面分别进行综述,总结其发展现状,并对其未来发展提出展望。

关键词：超声波技术应力检测声弹性效应声反射系数非线性超声

一种无监督双层DBN的轴承故障智能诊断方法

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计算机仿真 2024年第6期41卷 554-564页

作者：刘洋李永亭齐咏生刘利强内蒙古工业大学电力学院内蒙古呼和浩特010080 内蒙古自治区机电控制重点实验室内蒙古呼和浩特010051

大型滚动轴承设备的运行环境复杂多变,以往利用模式识别建立的诊断方法,通常难以有效解决数据含有噪声,不完备、无标签等问题。因此提出一种无监督双层深度信念网络(DBN)的滚动轴承故障智能分类与诊断方法。方法利用DBN的逐层贪婪学习... 详细信息

大型滚动轴承设备的运行环境复杂多变,以往利用模式识别建立的诊断方法,通常难以有效解决数据含有噪声,不完备、无标签等问题。因此提出一种无监督双层深度信念网络(DBN)的滚动轴承故障智能分类与诊断方法。方法利用DBN的逐层贪婪学习来挖掘与故障相关的特征信息并输入分类器。通过自适应模糊C均值聚类算法,识别未知数据中的异常值。若异常值密度聚集度低,则判定其为噪声,并以此消除分类过程噪声干扰;若异常值密度聚集度高,则判定其为一个新类别,并合并到故障知识库中。之后再将贝叶斯分类器的方法应用于二级DBN网络中,使故障损伤等级实现无监督学习。利用西储大学滚动轴承实验平台数据对此套方法进行验证,结论表明在有噪声和不完备数据建模情况下,可以很好地完成故障类型与损伤等级的准确划分,具有一定的智能性。

关键词：深度置信网络滚动轴承不完备数据贝叶斯分类器

太阳能-热泵干燥技术及其在秸秆类物料应用的研究进展

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内蒙古农业大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 89-100页

作者：张博颖宣传忠钱珊珠高昕毓洪宝棣内蒙古农业大学机电工程学院/内蒙古自治区草业与养殖业智能装备工程技术研究中心呼和浩特010018

秸秆类农作物资源,对其干燥处理可以阻碍微生物的生长和繁殖,实现长期保存的目标,且经过干燥处理后,重量下降,体积减小,不仅节省储存空间和运输成本,还提高了农产品的经济效益。传统的干燥技术存在干燥周期长、品质差、能耗高等问题,太... 详细信息

秸秆类农作物资源,对其干燥处理可以阻碍微生物的生长和繁殖,实现长期保存的目标,且经过干燥处理后,重量下降,体积减小,不仅节省储存空间和运输成本,还提高了农产品的经济效益。传统的干燥技术存在干燥周期长、品质差、能耗高等问题,太阳能辅助热泵干燥作为一种新型干燥方法,已在农产品干燥领域得到实际应用。现阶段的太阳能辅助热泵干燥技术在系统能效提升、稳定性和可靠性增强、智能化水平提高等方面仍有改进潜力,因此本文对农业干燥领域的太阳能辅助热泵干燥技术的发展和应用进行探讨,指出了提高太阳能-热泵系统性能的3种途径:改善光伏热能系统、优化太阳能集热器、开发多热源热泵系统。针对太阳能-热泵干燥技术在秸秆类物料的应用,总结了其干燥性能、控制系统和预测模型等方面的研究现状。本文对太阳能-热泵系统的未来发展重点和研究方向进行了展望,并探讨了具有余热二次回收的干燥方案,以提升其在农业干燥领域的应用水平。

关键词：农产品干燥太阳能热泵性能优化节能降耗

2021-2022年绵阳地区流感样病例样本中的鼻病毒特征分析

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中华实验和临床病毒学杂志 2024年第3期38卷 279-285页

作者：宫悦潘明陈果宋芹芹王衍海高晨夏志强王璐璐程迁宗可鑫韩俊中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所传染病溯源预警与智能决策全国重点实验室北京102206 内蒙古科技大学包头医学院包头014000 四川省疾病预防控制中心成都610000 绵阳市疾病预防控制中心绵阳621000

目的了解绵阳地区的流感样病例患者的鼻病毒(human rhinovirus,HRV)流行情况及病原特征。方法收集2021—2022年绵阳地区哨点医院呼吸道感染且诊断为流感样病例(influenza-like illness,ILIs)患者的咽拭子,采用实时荧光定量PCR技术对16... 详细信息

目的了解绵阳地区的流感样病例患者的鼻病毒(human rhinovirus,HRV)流行情况及病原特征。方法收集2021—2022年绵阳地区哨点医院呼吸道感染且诊断为流感样病例(influenza-like illness,ILIs)患者的咽拭子,采用实时荧光定量PCR技术对16种常见病原体进行检测。巢氏PCR扩增HRV阳性样本的VP4/VP2编码区基因。从GenBank数据库下载国内外各血清型代表株进行系统发育、一致性及氨基酸变异分析。结果共采集绵阳地区ILIs样本332例,病毒检出率为58.73%(195/332)。其中HRV阳性样本23例,检出率为6.92%(23/332),成功扩增出18条HRV流行株序列。经比对发现绵阳地区ILIs病例流行的HRV涉及13种血清型,分属于HRV-A(12种)、HRV-B(5种)和HRV-C(1种)3种基因型。同源性分析表明其核苷酸和氨基酸相对保守,但与参考株相比,HRV-A型和HRV-B型存在多处变异。结论HRV是2021—2022年绵阳地区ILI感染的病原体之一,以HRV-A型为主。

关键词：流感样病例鼻病毒病原特征遗传进化

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协整分析下的风力发电机状态监测方法

机械设计与制造 2023年第12期394卷 85-87,92页

作者：张超武越郑思遥内蒙古科技大学内蒙古自治区机电系统智能诊断与控制重点实验室内蒙古包头014010

为解决风力发电机组SCADA系统受到环境及运行等因素影响,系统常发生误报与漏报等问题,通过采用协整分析的方法,选取包头市某风场1.5MW双馈风力发电机正常运行状态下的部分非平稳SCADA数据建立了协整模型,得到携带有风力发电机运行状态... 详细信息

为解决风力发电机组SCADA系统受到环境及运行等因素影响,系统常发生误报与漏报等问题,通过采用协整分析的方法,选取包头市某风场1.5MW双馈风力发电机正常运行状态下的部分非平稳SCADA数据建立了协整模型,得到携带有风力发电机运行状态信息的协整残差,并且用一组已知电气故障数据对模型进行验证。结果表明,该方法可有效的降低SCADA数据中由于环境和运行因素所引起的响应,准确识别风力发电机的运行状态,简单有效的实现了风力发电机的状态监测。

关键词：协整分析状态监测 SCADA 风力发电机